一、引言
近年來，各種無線通訊技術迅猛發展，極大提高了人們的工作效率和生活質量。然而，在日常生活中，我們仍然被各種電纜所束縛，能否在近距離範圍內實現各種裝置之間的無線通訊?縱觀目前發展較成熟的幾大無線通訊技術，往往比較複雜，不但耗費較多資源，成本也比較高，並不適用於短距離無線通訊的場合。藍芽技術的出現使得短距離無線通訊成為可能，但是其協議較複雜、功耗高、成本高等特點不太適用於要求低成本、低功耗的工業控制和家庭網路。本文介紹了一種複雜度、成本和功耗都很低的低速率短距離無線接入技術——zigbee。該技術主要針對低速率感測器網路而提出，它能夠滿足小型化、低成本裝置（如溫度調節裝置、照明控制器、環境檢測感測器等）的無線聯網要求，能廣泛地應用於工業、農業和日常生活中。
二、zigbee技術的特點及應用
zigbee技術主要用於無線個域網（wpan），是基於ieee 802.15.4無線標準研製開發的。ieee 802.15.4定義了兩個底層，即物理層和**接入控制（media access control，mac）層；zigbee聯盟則在ieee 802.15.4的基礎
上定義了網路層和應用層。zigbee聯盟成立於2023年8月，該聯盟由invensys、三菱、摩托羅拉、飛利浦等公司組成，如今已經吸引了上百家晶元公司、無線裝置公司和開發商的加入，其目標市場是工業、家庭以及醫學等需要低功耗、低成本、對資料速率和qos（服務質量）要求不高的無線通訊應用場合。
zigbee這個名字**於蜂群的通訊方式：蜜蜂之間通過跳zigzag形狀的舞蹈來互動訊息，以便共享食物源的方向、位置和距離等資訊。與其它無線通訊協議相比，zigbee無線協議複雜性低、對資源要求少，主要有以下特點：
低功耗：這是zigbee的乙個顯著特點。由於工作周期短、收發資訊功耗較低、以及採用了休眠機制，zigbee終端僅需要兩節普通的五號乾電池就可以工作六個月到兩年。
低成本：協議簡單且所需的儲存空間小，這極大降低了zigbee的成本，每塊晶元的**僅2美元，而且zigbee協議是免專利費的。
時延短：通訊時延和從休眠狀態啟用的時延都非常短。裝置搜尋時延為30ms，休眠啟用時延為15ms，活動裝置通道接入時延為15ms。這樣一方面節省了能量消耗，另一方面更適用於對時延敏感的場合，例如一些應用在工業上的感測器就需要以毫秒的速度獲取資訊，以及安裝在廚房內的煙霧探測器也需要在盡量短的時間內獲取資訊並傳輸給網路控制者，從而阻止火災的發生。
傳輸範圍小：在不使用功率放大器的前提下，zigbee節點的有效傳輸範圍一般為10-75m，能覆蓋普通的家庭和辦公場所。
資料傳輸速率低：2.4 ghz頻段為250 kb/s，915mhz頻段為40kb/s，868mhz頻段只有20kb/s。
資料傳輸的可靠性由於zigbee採用了碰撞避免機制，同時為需要固定頻寬的通訊業務預留了專用時隙，從而避免了傳送資料時的競爭和衝突。mac層採用完全確認的資料傳輸機制，每個傳送的資料報都必須等待接收方的確認資訊，保證了節點之間傳輸資訊的高可靠性。
zigbee的出現將給人們的工作和生活帶來極大的方便和快捷，它以其低功耗、低速率、低成本的技術優勢，適合的應用領域主要有：
家庭和建築物的自動化控制：照明、空調、窗簾等家具裝置的遠端控制以使其更加節能、便利，煙塵、有毒氣體探測器等可自動監測異常事件以提高安全性；
消費性電子裝置：電視、***、cd機等電器的遠端遙控（含zigbee功能的手機就可以支援主要遙控器功能）。
pc外設：無線鍵盤、滑鼠、遊戲操縱桿等；
工業控制：利用感測器和zigbee網路使資料的自動採集、分析和處理變得更加容易；
醫療裝置控制：醫療感測器、病人的緊急呼叫按鈕等；
互動式玩具。
三、zigbee協議棧
zigbee協議棧結構（圖1）是基於標準osi七層模型的，包括高層應用規範、應用匯聚層、網路層、**接入層和物理層。
圖1 zigbee協議棧
ieee 802.15.4定義了兩個物理層標準，分別是2.4ghz物理層和868/915mhz物理層。兩者均基於直接序列擴頻（direct sequence spread spectrum，dsss）技術。868mhz只有乙個通道，傳輸速率為20kb/s；902mhz～928mhz頻段有10個通道，通道間隔為 2mhz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個頻段都採用bpsk調製。2.4ghz～2.4835 ghz頻段有16個通道，通道間隔為5mhz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，採用o-qpsk調製。為了提高傳輸資料的可靠性，i eee 802.15.4定義的**接入控制（mac）層採用了c**a-ca和時隙c**a-ca通道接入方式和完全握手協議。應用匯聚層主要負責把不同的應用對映到zigbee網路上，主要包括安全與鑑權、多個業務資料流的會聚、裝置發現和業務發現。
四、zigbee網路配置
低資料速率的wpan中包括兩種無線裝置：全功能裝置（ffd）和精簡功能裝置（rfd）。其中，ffd可以和ffd、rfd通訊，而rfd只能和ffd通訊，rfd之間是無法通訊的。rfd的應用相對簡單，例如在感測器網路中，它們只負責將採集的資料資訊傳送給它的協調點，並不具備資料**、路由發現和路由維護等功能。rfd占用資源少，需要的儲存容量也小，成本比較低。
在乙個zigbee網路中，至少存在乙個ffd充當整個網路的協調點，即pan協調點，zigbee中也稱作zigbee協調點。乙個 zigbee網路只有乙個pan協調點。通常，pan協調點是乙個特殊的ffd，它具有較強大的功能，是整個網路的主要控制者，它負責建立新的網路、傳送網路信標、管理網路中的節點以及儲存網路資訊等。ffd和rfd都可以作為終端節點加入zigbee網路。此外，普通ffd也可以在它的個人操作空間（pos）中充當協調點，但它仍然受pan協調點的控制。zigbee中每個協調點最多可連線255個節點，乙個zigbee網路最多可容納65535個節點。
五、zigbee網路的拓撲結構
zigbee網路的拓撲結構主要有三種，星型網、網狀（mesh）網和混合網。
星型網（圖2-a）是由乙個pan協調點和乙個或多個終端節點組成的。pan協調點必須是ffd，它負責發起建立和管理整個網路，其它的節點（終端節點）一般為rfd，分布在pan協調點的覆蓋範圍內，直接與pan協調點進行通訊。星型網通常用於節點數量較少的場合。
mesh網（圖2-b）一般是由若干個ffd連線在一起形成，它們之間是完全的對等通訊，每個節點都可以與它的無線通訊範圍內的其它節點通訊。 mesh網中，一般將發起建立網路的ffd節點作為pan協調點。mesh網是一種高可靠性網路，具有「自恢復」能力，它可為傳輸的資料報提供多條路徑，一旦一條路徑出現故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。
圖2 zigbee拓撲結構
mesh網可以通過ffd擴充套件網路，組成mesh網與星型網構成的混合網（圖2-c）。混合網中，終端節點採集的資訊首先傳到同一子網內的協調點，再通過網關節點上傳到上一層網路的pan協調點。混合網都適用於覆蓋範圍較大的網路。
六、zigbee組網技術
zigbee中，只有pan協調點可以建立乙個新的zigbee網路。當zigbee pan協調點希望建立乙個新網路時，首先掃瞄通道，尋找網路中的乙個空閒通道來建立新的網路。如果找到了合適的通道，zigbee協調點會為新網路選擇乙個pan識別符號（pan識別符號是用來標識整個網路的，因此所選的pan識別符號必須在通道中是唯一的）。一旦選定了pan識別符號，就說明已經建立了網路，此後，如果另乙個zigbee協調點掃瞄該通道，這個網路的協調點就會響應並宣告它的存在。另外，這個zigbee協調點還會為自己選擇乙個16bit網路位址。zigbee網路中的所有節點都有乙個64 bit ieee擴充套件位址和乙個16 bit網路位址，其中，16bit的網路位址在整個網路中是唯一的，也就是802.15.4中的mac短位址。
zigbee網路中傳輸的資料可分為三類：週期性資料，例如感測器網中傳輸的資料，這一類資料的傳輸速率根據不同的應用而確定；間歇性資料，例如電燈開關傳輸的資料，這一類資料的傳輸速率根據應用或者外部激勵而確定；反覆性的、反應時間低的資料，例如無線滑鼠傳輸的資料，這一類資料的傳輸速率是根據時隙分配而確定的。為了降低zigbee節點的平均功耗，zigbee節點有啟用和睡眠兩種狀態，只有當兩個節點都處於啟用狀態才能完成資料的傳輸。在有信標的網路中，zigbee協調點通過定期地廣播信標為網路中的節點提供同步；在無信標的網路中，終端節點定期睡眠，定期醒來，除終端節點以外的節點要保證始終處於啟用狀態， 終端節點醒來後會主動詢問它的協調點是否有資料要傳送給它。在zigbee網路中，協調點負責快取要傳送給正在睡眠的節點的資料報。
七、結束語
zigbee技術還在不斷完善，它所具有的低功耗、低成本、使用便捷等顯著的技術優勢，使它必將有著廣闊的應用前景。zigbee聯盟預言在未來的四到五年內，每個家庭將擁有50個zigbee器件，最後將達到每個家庭150個。相信在不久的將來，基於zigbee技術的產品會走進全球每家每戶，在提高我們的生活質量方面作出突出的貢獻。
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直線上的最短距離
直線上的最短距離 create table ifnot exists point x int notnull unique index x unique x asc truncate table point insert into point x values 1 insert into point...